路面灌缝施工技术在公路养护中的应用初探

武晓玲

(山丹县交通规划设计队,甘肃 张掖 734100)

公路经过长时间的通车运行,其沥青路面难免出现一些病害,其中以裂缝最为常见,而且裂缝不断发展还会形成更大规模和更严重的破坏。目前在公路养护针对裂缝病害最常用也是最有效的处理方法为灌缝。而为达到理想的灌缝效果,需根据工程实际情况对灌缝技术应用进行深入探讨。

1 工程概况

某公路路面采用40 cm后水稳砂砾基层与18 cm厚沥青面层。由于该段路基属于高填方路基,在其外侧设有挡墙,路堤施工时与挡墙衔接部位的部分未能压实,导致通车后因受到自身重力及行车载荷持续作用使挡墙一侧的路堤出现固结变形,引起不均匀沉降现象,最终在超车道的中部与紧急停车道处出现纵向开裂。经取芯后可知,此处裂缝呈上窄下宽状,已经从面层与基层结构中贯穿,且基层部位的裂缝宽度达到6 mm,导致基层结构严重破碎。对此,经研究决定采用灌缝的方法处治该裂缝。

2 灌缝材料设计

2.1 材料选择

普通水泥砂浆主要由三部分组成,即水、砂、水泥,为保证浆体强度,在进行砂浆配置的过程中宜选择PO42.5水泥;为尽可能减少或防止砂浆发生干缩,使砂浆有良好流动性,宜采用粒径不超过0.3 mm,且含泥量不超过1%的细砂。另外,要想使砂浆有更好流动性及早期强度,减少干缩,还需要掺入一定量的减水剂与膨胀剂,其具体掺量根据实际情况确定。

2.2 评价指标确定

在灌缝中使用的砂浆除了要有足够的强度,还要有良好流动性。如果强度不足,会使灌缝后路面强度无法得到有效提升;而流动性直接决定了砂浆可灌性质,当流动性较强时,说明可灌性良好,但要注意流动性并非越高越好,以内流动性过高可能导致离析、泌水。对此,按照7 d抗压强度不低于10 MPa的要求,需将流动度控制在20～30 s以内。

2.3 抗压强度试验

根据以往实践经验可得到初始配合比,即水泥∶砂∶水∶膨胀剂∶减水剂=1∶0.35～0.70∶0.47～0.59∶0.16∶0.01。水灰比采用该范围的中值,即0.53,测定不同砂灰比条件下砂浆抗压强度。根据相关试验结果可知,砂浆抗压强度达到最大的砂灰比为0.49。

2.4 流动度试验

出于对经济性的综合考虑,需要在符合流动度要求的基础上尽可能增加用砂量,流动度试验结果如表1所示。

表1 流动度试验结果

从表1数据可知,当砂浆水灰比为0.59时,采用0.47～0.53的砂灰比可以使砂浆流动度达到施工要求,如果继续增加水灰比,则很容易导致砂浆离析。基于此,建议将水灰比选定为0.59。

2.5 抗压强度验证

对流动度能够达到要求的砂浆配合比实施抗压强度试验,参与试验的砂灰比有四种,分别为0.47、0.50、0.53与0.56,砂浆水灰比采用推荐值,即0.59,按照这一水灰比分别制作不同的砂浆,并分别实施抗压强度试验,试验结果如表2所示。

表2 抗压强度试验结果(水灰比:0.59)

从表2结果可以看出,抗压强度达到最大的砂灰比为0.50。基于此可将砂浆生产配合比确定为:水泥∶砂∶水∶膨胀剂∶减水剂=1∶0.50∶0.59∶0.16∶0.01。根据凝结时间试验相关要求,通过实测可知该生产配合比对应的凝结时间可满足灌浆施工要求。

3 灌缝施工工艺

3.1 灌缝时机确定

灌缝要在天气状况良好的情况下进行,不可在雨天进行,否则雨水将对裂缝内部空间造成影响,导致灌缝完成后的路面无法形成良好强度,同时在灌缝结束后的短期也不可有雨,为养生创造良好条件。时机的选择决定了灌缝成败,所以必须引起施工单位的重视[1]。

3.2 裂缝预处理

对裂缝进行预处理的目的在于确保之后的灌缝施工顺利完成,所以预处理是决定灌缝能否取得理想效果的关键环节,如果预处理不到位,将有可能使浆液由于受到压力作用导致溢出,不仅影响灌缝效果,还会造成资源浪费。基于此,应先对裂缝的内壁与周围进行处理,清除灰尘与积水,然后利用密封胶封堵清理完成后的裂缝,期间确保密封胶到达缝底。此外,还要对取芯部位两侧存在的裂缝进行封堵,因为此处受到的压力较大,在必要时可在孔洞两侧分别20 cm左右的位置使用环氧树脂进行密封[2]。

3.3 钻芯布孔

(1)孔径确定与控制

对于在沥青路面中使用的取芯机,其钻头规格主要有两种,即110 mm与60 mm,相比之下,采用60 mm钻头进行取芯相对容易,且孔洞尺寸不大,无需使用过多的砂浆及环氧树脂,更重要的是不会给原路面造成太大的破坏,因此在一般情况下应优先考虑使用60 mm钻头。

(2)孔深确定与控制

为了使注入的砂浆可以到达目标位置,孔深的确定要充分考虑裂缝内部情况。如果裂缝并未引起土基开裂,则孔深到达上基层即可,而如果裂缝导致土基开裂,则孔深需要到达整个基层,即将整个基层贯穿[3]。

(3)孔位确定与控制

孔位一般沿裂缝分布方向在其中心进行布置。相邻两个钻孔之间的距离大小对砂浆灌入能否达到饱满有直接影响,如果钻孔之间的距离过小,将除了会增加钻孔方面的投入,还会对施工进度造成很大影响,造成浪费;而如果钻孔之间的距离过大,将导致砂浆难以灌满,使最终的灌缝效果大打折扣。基于此,本次制定了如下三种布孔方案:方案一:第一观察孔和灌浆孔之间相距30 cm,第二观察孔和灌浆孔之间相距50 cm;方案二:第一观察孔和灌浆孔之间相距70 cm,第二观察孔和灌浆孔之间相距100 cm;方案三:第一观察孔和灌浆孔之间相距150 cm,第二观察孔和灌浆孔之间相距200 cm[4]。

(4)孔洞清理

按照上述参数完成钻孔操作后,及时将孔洞中存留的灰尘及积水清理干净,此后还要借助高压液化气罐对于路表面相距10 cm的孔洞进行加热,使其内壁达到完全干燥。

3.4 设置封堵管

为了给灌浆创造便利条件,要在钻孔完成后在孔内设置封堵管,同时安装支持拆卸能有效避免溢浆的封盖。按照1∶1的比例对环氧树脂与聚酰胺树脂进行混合,将其搅拌均匀后立即涂抹在钻孔的内壁与封堵管处,然后把封堵管设置在钻孔内,使其比路面略低,最后在钻孔与封堵管之间形成的区域内填入树脂。

3.5 灌浆

对注浆管和封堵管进行连接,同时将灌浆机刚开始的注浆压力设置为0.6 MPa。在灌浆开始后,应对观察孔实际状态做动态观察,如果发现浆液溢出,应立即设置盖板进行封堵,之后方可继续灌浆。与此同时,经常观察裂缝中是否产生溢浆,如果发现溢浆,需立即开始卸压,并将灌浆机关闭。施工中按照以上三种方案分别实施试验性施工,经实践可得采用前两种方案时浆液从观察孔中溢出,说明这两套方案的钻孔间距设置的过小。按照方案三进行布孔,确定一定压力条件下浆液可达到最远距离,采用初始压力开始灌浆后,很快压力就停止变化,且浆液数量为减少,经观察发现无浆液溢处,对此,按照0.1 MPa的频率提升灌浆压力,在压力数值达到1.0 MPa后,浆液数量开始减少,同时在与灌浆孔相距1.5 m的位置发现溢浆,此时立即对该观察孔进行封堵,然后继续提升灌浆压力;在压力升高至1.5 MPa后,浆液开始从裂缝中喷出,随机立即停灌。在与灌浆孔相距2 m的位置并没有出现溢浆,基于此,当压力为1.0～1.5 MPa时,6 mm宽裂缝单侧砂浆灌入距离可以达到1.5～2.0 m。通过对上述流程的适当重复,可确定其它裂缝灌浆可达到的最远距离[5]。

3.6 养生

在灌浆完成后,先将封堵管取出,为便于取出,可事先对封堵管进行加热;将封堵管取出后,利用砂浆对形成的孔洞进行填补;在养生过程中应做好交通控制,禁止任何车辆从灌浆区域上经过,确保浆体材料良好硬化,在浆体形成足够的强度后,才可正式开放路段的交通。在完成以上灌缝施工后,需在砂浆强度形成后选取芯样,用于检验此次灌缝的效果。经钻芯检验可知,灌入的砂浆可以使基层结构粘结,对裂缝进行了根治,能有效避免新裂缝的产生,验证了以上施工工艺的合理性与可行性。

3.7 裂缝预防措施

裂缝处理只是一个方面,更加重要的是在施工中预防裂缝的产生。为防止因路基发生横向失稳导致纵向裂缝产生,需要在路线设计过程中防止路线从洼地中穿过,包括分布在平原段上的局部洼地,也可以在路堤两侧通过工程处理将表面层的水流截断,防止其流向路堤,同时辅以边沟进一步加强排水[6]。在条件允许的情况下还可以设置深度较大的盲沟,使其和地面排水充分结合,也就是在边沟的下方设置盲沟,使盲沟中的水排除到附近河流或沟渠,若附近没有河沟等可以排水的地方,需要在路堤附近开挖集水池,防止自由水不断渗流至路堤下层土体,最终杜绝纵向裂缝的产生及发展。适当增加设计深度,在进行路基设计的过程中,如路基处在坡面上,则雨雪很容易渗入到路堤边部下地基的上部土层,导致路堤承载力大幅降低。如果上侧边部地基实际承载力大幅下降,将使上部路堤产生外倾式沉降,最终导致路面被掰开,产生纵向裂缝。对此需要在路堤上侧坡面增设边沟,防止表面水持续流向路堤,必要时还可设置深度更大的盲沟来截断已经进入到土层内的自由水,以免这部分水顺坡流进路堤下层地基[7]。另外,选择合适的位置增设涵洞,直接将水引流至路堤的另外一侧。如果路堤边部没有得到充分碾压,导致实际密实度和路堤中部土层实际密度存在明显差别,则在降雨后会有大量雨水通过路肩及边坡表面进入,导致路堤边部产生明显的沉降,进而使路面边缘出现纵向裂缝,对此要在施工中重视路堤边部碾压,确保横向密实度达到均匀。只要路面产生裂缝,不论裂缝类型,都会为水的渗入提供通道,若层间水无法及时排除,则在车辆反复碾压作用后,会导致混合料遭到严重冲刷,导致沥青和石料之间剥离,引起坑槽和唧浆等病害。因此,只要路面出现裂缝,就必须采取灌缝等措施进行处理[8]。

4 结 论

(1)路面灌缝所用砂浆的配合比以路面实际情况为依据结合以往工程经验确定,本次施工所用砂浆的具体配比为:水泥∶砂∶水∶膨胀剂∶减水剂=1∶0.50∶0.59∶0.16∶0.01。

(2)裂缝灌缝处理施工工艺流程为:确定适宜的灌缝时机→对裂缝进行必要的预处理→钻孔布置→设置封堵管→灌浆→养生。在以上工艺流程中,对裂缝进行必要的预处理和钻孔布置是决定最终灌缝效果的关键工序。

(3)在大规模灌缝施工中,钻孔直径一般按60 mm控制,而钻孔深度需根据裂缝破坏情况进入基层或到达土基。当裂缝宽度为5～10 mm时,钻孔之间的距离以3～10 m为宜;当裂缝宽度超过10 mm时,钻孔之间的距离以10～20 m为宜。对于灌浆压力,要想达到理想的灌浆效果,需不低于1.0～1.5 MPa。